问题

如何看待中国研制出超级钢 S600E?

回答
看到中国成功研制出超级钢S600E,我个人感觉这绝对是一件振奋人心的大事,而且不仅仅是中国,对全球的工程领域来说,这都算得上是一次重大突破。这玩意儿可不是随便搞搞就能拿出来的,它背后代表的是国家在材料科学和工业制造上的深厚积累和强大实力。

首先,我们得聊聊这“超级钢”到底是怎么个“超级法”。据我了解,S600E它厉害就厉害在它的综合性能上,尤其是强度和韧性这两个看似矛盾的指标,它能同时做到非常高的水平。一般的钢材,要么是强度高但韧性差,容易脆断;要么就是韧性好但强度不够,承重能力就受限。S600E能把这两个极端结合起来,这本身就对冶金技术提出了极高的要求。

具体来说,它的强度可能意味着它在承受巨大压力和载荷的时候,变形量会非常小,甚至不易断裂。这在很多关键领域都能派上大用场。想象一下,如果用S600E来造桥梁,桥梁的设计可以更轻巧,但承载能力却能大大提升,而且寿命也会更长,对地震等灾害的抵抗力也会更强。再比如在建筑领域,高层建筑的钢结构就可以用更少的材料实现更高的安全性。这不仅能节省成本,还能在城市空间利用上带来革命性的变化。

而韧性好则意味着它在低温或者受到冲击时不容易碎裂。这一点对于极端环境下的应用尤其重要。比如在极寒地区建造工程,或者在深海、太空等高压低温的环境下,材料的可靠性是生命线。S600E的韧性,意味着它能够在这些苛刻条件下保持结构的完整性,大大降低了工程失败的风险。

我看到一些报道说,S600E的研发难度非常大,这在我看来一点也不夸张。要实现强度和韧性的平衡,需要非常精密的合金成分控制、热处理工艺以及微观组织调控。这背后涉及到的科学研究,从原子级别的设计到宏观性能的实现,可以说是一条漫长而艰辛的道路。中国科研人员在这方面取得的突破,证明了我们在基础研究和应用技术上的实力,已经达到了一个相当高的水平。

当然,这“超级钢”的出现,也意味着中国在高端材料自主可控方面迈出了重要一步。我们都知道,很多关键技术和高端材料过去都依赖进口,这在国际竞争日益激烈的今天,是一个潜在的风险点。S600E的成功,意味着我们在某些核心材料领域摆脱了对外部的依赖,拥有了更多的主动权。这对于保障国家经济安全和国防安全,都具有不可估量的意义。

从长远来看,S600E的应用前景非常广阔。除了上面提到的桥梁和建筑,还可以想象在航空航天领域,比如飞机、火箭、卫星等,对材料的重量和强度要求都非常苛刻,S600E的出现可能会带来新一代飞行器的设计理念。在轨道交通方面,高铁列车、地铁车辆的结构强度和减重,也能进一步提升运行效率和安全性。甚至在高端装备制造、新能源领域,它的应用潜力也值得期待。

当然,任何一项技术的突破,都不是一蹴而就的。S600E的出现,肯定是在前人研究基础上的不断积累和创新。这背后,我认为也体现了中国在科研投入、人才培养以及产学研深度融合方面的努力。只有国家层面高度重视基础研究和关键技术攻关,并能有效地将科研成果转化为实际生产力,才能不断涌现出像S600E这样的“国之重器”。

总的来说,中国研制出超级钢S600E,是一项技术上的伟大胜利,更是一种国家实力的象征。它不仅为中国自身的发展提供了坚实的基础,也为全球工程技术的发展注入了新的活力。我对此感到非常自豪,并对中国未来在材料科学及相关领域的更多突破充满期待。这就像在科技赛跑中,中国又一次证明了自己的实力和潜力。

网友意见

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作为业内人士,粗读了一下现有答案,手痒痒了,不过开年大计,诸多事物缠身,姑且占坑,等春节休假时详述,大纲如下:
1.钢材性能的评价指标;
2.高强度钢材的技术特点;
3.世界范围内高强钢玩家;
4.S600E和D&P性能分析;
5.现有答案中谬误的澄清.

当然,如果本大纲无人感兴趣,也许假期就做更有趣的事儿咯.

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交作业 (2018-02-24)

知乎模板,开篇先谢邀….. 其实也没人邀,自己一时手痒,随便列了个提纲,然后就退乎保KPI去了, 等忙完周一早上个各种例会,好家伙,催更的队伍都排到永宁门了. 赶紧赶紧,上文字:)

鉴于自从上世纪离开校园后, 就一直混社会,各种知识和经验仅限于工程应用方面,对冶金学和金属材料学的理论探讨就不在这里贻笑大方了,所有依据均来自于相关行业标准和实践,特此说明.

1. 钢材分类及性能的评价指标

钢材是指Fe-C 合金,同时含有其他元素,按照GB/T13304 (Eqv ISO 4948)规定的分类原则,如果按照化学成分,可分为非合金钢(碳素钢)和合金钢,按照主要质量等级和主要性能或使用特性分类(这么拗口的归类真的体现出了工科的严谨,嘿嘿):

简化一下,一般工程上习惯这样分:

- 结构钢,就是b)类, 主要以承受载荷为主,包括但不限于拉,压,弯,扭,流体压力,爆破冲击等;

- 工具钢, e)类;

- 特殊用途钢, 其他类.

问题所涉及的两种材料,S600E, D&P 均可归于结构钢类,主要以承受载荷为主,包括但不限于拉,压,弯,扭,剪,流体压力,爆破冲击等等各种玩法,可以是静态力也可以是动态,各种组合,环境酸甜苦辣咸,冰火N重天,到底行不行啊? 这是每个机械结构设计工程师的天问。 这个时候就要看钢的性能评价指标了.

抛开各种繁琐炫酷的指标定义和检测方法,奉上我最喜欢的铁三角(中间位置原为鄙司品牌,现用通用概念替代).



强度代表了承受载荷的能力, 一般承载结构是利用弹性变形区的屈服强度Re/Pp0.2以保证结构稳定性, 一次性的安全部件如汽车A柱等利用直至断裂前的抗拉强度Rm来保证最大能量吸收,工业上按照强度等级分类如下:


300MPa以下为普钢, HS: 高强钢; EHS: 超高强钢, UHS: 特高强钢 (表是老表了,现在工业化的UHS已经到1300MPa).

特殊工况要求的性能: 如适应腐蚀性大气和海洋环境的耐候耐腐蚀性,
发电机等用的要求磁性能的无取向硅钢片和磁轭片, 高温环境中使用的具有红硬性的高温合金等,此类材料针对性和专业性很强,本题中的两种材料,S600E性能中提到了高温强度和低温韧性,D&P未提及特殊性能指标,姑且设想为双相超高强度钢;

工艺性能: 钢材成品一般为板/带/长材等形式,要做成大家念念想的东西,比如航母(?)还需要各种加工,比如切割/成型/焊接/机加工/热表处理等,如果是如人参果那样娇气的碰不得,那也是绣花枕头类的,所以,一定要有良好的工艺性能,四个字:切焊弯钻,就是切割下料,焊接成部件,弯曲成型,钻车铣磨机加工等,当然还有各种表面处理等等, 衡量指标如内应力,碳当量,成型系数,切削用量等等;

2. 高强度钢材的技术特点

这里论述的高强钢是业界公认的700MPa及以上的钢材, 其共性的技术特点如下:

- 高保证屈服强度,保证Re/Rp0.2均在牌号工程值中示出, 如Q890,Rp0.2>=890MPa, 当然更严谨的定义在相关标准中有规定,并且在厚板供货时Rp0.2会低一些,但是均需要保证;

- 高韧性, AKV/AKJ应满足27J的塑/脆性分界线, 应起码满足D级(-20摄氏度)下的工作要求,绝大多数满足E/F(-40/-60摄氏度)的冲击功要求;

- 低合金化(HSLA概念-高强低合金): Fe-C 合金可以通过添加合金来实现固溶强化,当然也可以通过控制冷却曲线来实现不同相晶格畸变的强化,后者实现成本更低,无需消耗昂贵合金元素,并且可避免高合金带来的工艺性问题,是现代冶金学的发展方向之一,

3. 世界高强钢玩家:

世界前50位的钢铁企业见上面的连接。

这个榜单也基本上囊括了高强钢的玩家,
比如排名第一的AM,冷轧高强钢也是天下第一,第二的宝武,电工钢冷轧钢不锈钢世界前茅,日本的新日铁住金(4), JFE(8), 神户制钢(50), 是很多小钢种的供应商,瑞钢(45), QT 高强钢世界第一,国内的除了宝武, 南钢(42)的超高强结构钢也进步很快, 其他榜上的国内钢企,大多数有特钢产品,不过强度均在900MPa一下,属于中低端产品.


4. S600E和D&P性能分析

S600E: 搜索了一下, 各种不靠谱消息和错误信息, 姑且取这个网站的信息吧,起码基本概念还是对的, 斜体下划线部分为原文,正体是评论部分:

S指的是索氏体钢,600指600MPa的屈服强度,E指的是其抗震性能。
疲劳试验在456-256MPa应力循环、频率98.2Hz条件下,1000万次未断裂,表面无异常现象,即使在-40℃条件下也表现出良好的抗冲击性能,冲击功达到40J以上。


应力幅值200MPa, 循环次数10^7, 基本在高强钢FAT范围内(80-220MPa),
AKV=40J@-40C (这里为给出是V型还是U型冲击测试,故按照最苛刻的V型), 标准E级材料;


S600E强度与日本最高水平的高强抗震钢相当,地震能量吸收能力却是其2~3倍,而耐中性盐雾腐蚀性能是一般碳钢的150倍以上,可使碳钢结构建筑物寿命从现在的70年延长至500年以上,100年内几乎不需维护。


抗震钢类不是很熟悉,基本上两个核心指标:
屈强比在1.25-1.3 (Rm/Re), 延伸率>9%, 所以这里说的能量吸收是个啥不是很了解, 钢材的能量吸收能力是拉伸曲线直至断裂点(Rm)处,曲线下部面积,就是应力和应变的积分,
应力已经限制在600MPa这里了,应变是可变量,对应下文的20%延伸率,和标准的9%延伸率,可以说是2-3倍了,这里等高手解答.

耐盐雾腐蚀能力强,说明Cr, Ni, Mo,
Mn等组分高,没看到具体成分表,姑且理解为不锈钢类吧, 寿命指标我无法评价.


河南军民融合企业将改写不锈结构钢历史!12月11日,中国特钢企业协会和冶金工业规划研究院联合在北京国家会议中心举行新闻发布会,正式对外公布一种由我国研究人员自主研发并命名的特种钢材——索氏体高强不锈结构钢S600E(以下简称S600E)。其不但有结构钢的强度与韧性,而且有不锈钢的高耐腐蚀性,且抗震性能良好。

据介绍,索氏体是在光学金相显微镜下放大600倍以上才能分辨片层的细珠光体,是钢的高温转变产物。在“S600E”中,S指的是索氏体钢,600指的是其具有600兆帕的屈服强度,E指的是其抗震性能。

“中国的发展需要更多的好钢,这是我们走向钢铁强国所必须的。”中国工程院院士李鹤林接受采访说,S600E是一项中国人拥有完全自主知识产权的成果,该钢种使传统不锈钢强度极大提升。而作为河南一家军民融合企业,郑州永通特钢有限公司不但成功研发了S600E,而且解决了焊接技术,并达到规模化生产和大规模工程应用的条件,目前已被中船重工、宝钢集团、美国哥伦比亚大学等单位测定为微晶级新材料,是一种超级钢。


索氏体一般通过对马氏体钢的高温回火达到,是一种细珠光体组织,
所以韧性和延展性都很好, 这个冶金机理是正确的,也设想为一种HSLA类的细化晶粒高强钢;


“超级不锈钢短缺,是我国高端制造材料之殇。目前,我国每年要进口特种钢材1000多万吨,而S600E的成功可以部分替代进口。”专家表示,S600E在600MPa屈服强度下,具有大于20%的延伸率、与碳钢相近的膨胀系数、大于碳钢的弹性模量、耐中性盐雾腐蚀性能是一般碳钢的150倍以上。同时,其强大的地震能量吸收能力是通常高强抗震钢的2倍以上。因此业界认为,S600E的成功将掀起一场世界性的钢铁革命。

中国工程院院士殷瑞钰在新闻发布会上说,该钢强度高,耐蚀性好,焊接性能和耐热性能优异,是一种低成本、高性价比新钢种,可广泛用于跨海大桥、海洋工程、舰船制造等诸多对强度和可焊性要求较高的工程建设领域,以及光伏工程、风电工程和新能源建设等领域。

据悉,经过多家单位试用后,S600E受到业内高度肯定,已陆续接到不少订单。其中,中船重工已在海上风电项目试用了S600E,其耐腐蚀性能表现优异,下一步他们计划将此钢用在水下机器人上。


这里讲到的工艺性能,尤其是焊接性能是个亮点,高Cr/Ni/Mo/Mn等,防锈性能突出,但是很影响焊接性能,这里语焉不详,但是起码是可焊的,期待有进一步的焊材,施焊工艺等信息.


D&P 钢:

这个由于是学术论文,公开资料就严谨的多,所以很多高手都回答了,拜读下来,自认不能比 @KL9009 答的更好,直接引用吧:


续貂一下: D&P 在我第一眼就看成了DP
钢,dual phase, 双相钢,就是在铁素体基体上形成马氏体强化相,下图左侧是典型DP钢的金相组织,白色为铁素体,黑色为马氏体,铁素体延展性好,马氏体强度高,就实现了双面人的功效。。。

另一点就是工艺性能,除了CEV 碳当量很高之外,高Mn的冷作硬化也很明显,对制造厂来说又是个难点了.

5. 等着评论指正谬误之处然后继续探讨.


PS: 感谢看到此处的诸位,自己挖的坑,总算在deadline的最后一刻填了,不是跳票,过年时两个妈妈竟然同时病了,新年几天医院游。。。

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